超​2000次循环！国科大杭州高等研究院&广东工业大学，发表AEM！

开发大规模的储能系统对于利用风能、太阳能和潮汐能等可再生能源至关重要。锂离子电池在储能领域的有限扩张归因于资源稀缺、分布不均和成本高昂。钠离子电池（SIB）因其丰富的钠资源、低成本和众所周知的摇椅充放电机制而被认为是有前景的储能形式。

在此，国科大杭州高等研究院黄少铭，广东工业大学张伟等人揭示了Bi2Se3负极放电过程涉及多种类型的聚硒化钠（Na-pSex），其具有高溶解性和穿梭特性。基于此，作者通过简单的缺陷化学设计了一种由双碳约束的Bi2Se3−x晶粒组成的纳米花状复合材料。其中，双氮掺杂碳层抑制了Bi2Se3的沉淀和聚集，显著减轻了Na-pSex的溶解和穿梭效应。

计算表明，吡啶/吡咯氮位点对Na2Se4和Na2Se2具有强范德华抗性和化学吸附性能。此外，丰富的Se空位提高了Bi2Se3的固有电导率，降低了Na+的扩散势垒，加速了反应动力学。因此， Bi2Se3−x@DNC电极显示出优异的循环性能（在10.0 A g−1下超过2000次循环）和高倍率性能（在75.0 A g−1下为354.4 mAh g−l）。

图1. 机制探究

总之，该工作首次证明了Na-pSex的严重溶解和穿梭行为是导致Bi2Se3电极容量衰减的原因。此外，系统的原位紫外-可见和原位/非原位XRD揭示了Na-pSex(Se2-Na2Se4Na2Se2)和最终还原产物(Na2Se)的演化机理。基于此，作者设计了一种双N掺杂碳约束的超细富硒空位Bi2Se3复合材料，该复合材料凭借其稳健的物理屏障和强大的化学吸附能力，有效抑制Na-pSex的溶解和穿梭，进一步实现了超长的循环寿命。

此外，高导电性的碳衬底和富硒空位的Bi2Se3-x有助于加速电子/离子传输效率，从而实现超高倍率性能。因此，该工作为开发具有优良电化学特性的MSe负极提供了新指导。

图2. Bi2Se3−x@DNC负极材料的实际应用潜力

文献信息

Synergistic Regulation of Polyselenide Dissolution and Na-Ion Diffusion of Se-Vacancy-Rich Bismuth Selenide toward Ultrafast and Durable Sodium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202402110